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Auteur(s)
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Jean-Lucien MOURLEVAT : Adjoint du Chef du Département Performances Cœur à Framatome - ANP
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conduite et la sûreté des réacteurs nucléaires, de quelque filière qu’ils soient, nécessitent de mesurer l’énergie fournie par les fissions des noyaux d’uranium 235, donc la puissance nucléaire.
Dans tous les cas, la mesure de cette puissance fait intervenir des mesures des rayonnements émis par le cœur du réacteur et plus particulièrement du flux de neutrons. Les paragraphes qui suivent vont donc décrire comment on mesure le flux de neutrons à l’intérieur du cœur, mais avant d’entrer dans une description détaillée, il convient de s’attarder sur une particularité fondamentale des réacteurs nucléaires.
Les lois de la physique neutronique veulent que la puissance ou le flux neutronique ne se répartissent pas de façon uniforme à l’intérieur du volume du réacteur. Il existe des endroits où la puissance est plus élevée qu’en d’autres, typiquement au centre du réacteur par comparaison à la périphérie. On parle alors de points chauds.
C’est bien sûr aux points chauds que la puissance fournie se rapproche le plus des limites de conception, voire de sûreté d’où l’obligation de connaître parfaitement la valeur de la puissance et donc de mesurer le flux neutronique en ces points. Ce phénomène de répartition non uniforme de la puissance doit être compris comme un phénomène physique se produisant au sein du réacteur dans tout son volume. On parle alors de distribution de puissance en trois dimensions ou plus simplement de distribution de puissance 3D. Il existe également un autre phénomène physique limitatif associé à la distribution de puissance mais plus particulièrement lié à la puissance moyenne de chaque crayon (intégrale de la puissance de chaque crayon suivant la direction axiale) plutôt qu’à la puissance locale, qui est l’apparition du phénomène de caléfaction. Ce phénomène, en créant un film de vapeur isolant qui réduirait l’échange thermique entre une partie du crayon combustible et le fluide primaire, pourrait provoquer, s’il se produisait, une augmentation de la température de la gaine entraînant une dégradation des propriétés mécaniques de celle-ci ainsi qu’une réaction d’hydruration de l’alliage métallique (Zircalloy) la constituant.
La distribution de puissance est un paramètre qui évolue dans le temps avec une constante de temps à court terme, liée essentiellement aux variations de puissance réalisées chaque jour par l’exploitant lors des opérations de conduite du réacteur, et une constante de temps à long terme dépendant de l’épuisement du combustible. Elle peut donc se distordre plus ou moins rapidement. Au cours de ces déformations, le ou les points chauds se déplacent dans le cœur et changent à la fois d’amplitude et de localisation.
L’instrumentation neutronique a pour fonction non seulement de mesurer le niveau de puissance mais aussi la distribution de puissance ou de flux neutronique en 3D et, en particulier, la valeur de la puissance locale fournie aux points chauds. Dans la suite de l’exposé, on assimilera, en première approximation, distribution de flux et distribution de puissance.
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Fonctionnement des REP. Rappel
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10. Conclusions
Le système d’instrumentation interne mobile RIC bénéficie d’un retour d’expérience extrêmement favorable d’un millier d’années- réacteurs environ.
Sur le plan fonctionnel, il est doué d’un pouvoir de résolution élevé et permet d’atteindre un niveau de précision remarquable. On peut signaler la détection, en juillet 1979 lors des essais physiques à puissance nulle de la tranche de Bugey 5, d’une anomalie particulière survenue sur les crayons de poisons consommables réalisés en Pyrex (verre silico-boraté). Ces crayons étaient fabriqués en deux parties ; celles-ci s’étaient séparées lors du transport, laissant apparaître un vide qui avait provoqué un pic de flux au milieu du cœur. De même, la détection d’une légère dissymétrie de la distribution de puissance (x, y ), lors du démarrage du palier 1 300 MW, dissymétrie maintenant constatée sur toutes les tranches, est à mettre au crédit du système RIC. Cette dissymétrie, due à de légères variations géométriques affectant le cœur pendant le fonctionnement, est maintenant prise en compte dans les études. Le seul inconvénient que l’on puisse déplorer est le temps d’acquisition qui reste de l’ordre d’une heure.
Sur le plan mécanique, le fonctionnement est irréprochable et aucune fuite n’est à signaler ni au niveau des buselures ni à celui des vannes d’isolement. Deux percements de doigts de gant ont été observés au démarrage du palier 1 300 MW ; ils étaient dus à une usure mécanique provoquée par des phénomènes vibratoires situés dans les internes inférieurs. Depuis, des modifications ont été apportées et tout est rentré dans l’ordre.
Cet ensemble de raisons fait qu’EDF n’a pas été enclin à faire évoluer ce système qui a donné toute satisfaction. Seule l’obsolescence des composants électroniques de technologie numérique amènera à faire des modifications.
L’évolution qui se fait jour vers un système de surveillance des conditions préaccidentelles, traduit un changement du cahier des charges. Ce changement est motivé par la recherche de marges de fonctionnement, rendue elle-même nécessaire par l’introduction en réacteur de gestions du combustible de plus en plus performantes sur le plan économique. De même, l’adoption...
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Conclusions
1 Annexe – Description des traitements effectués
(Développement mathématique réalisé par Gérard RIO, Département Développement Technique Procédé à Framatome - ANP)
HAUT DE PAGE1.1 Calcul de la distribution de puissance théorique
On a vu précédemment que l’on avait besoin de comparer la puissance (activité) mesurée et la puissance (activité) calculée dans les assemblages instrumentés.
Le signal issu de la mesure par les détecteurs à fission étant proportionnel à un taux de fission dans la partie sensible de la sonde, il est nécessaire que les modèles théoriques utilisés puissent calculer la même information physique. Il faut également que cette information ait le même degré de finesse au point de vue de la discrétisation spatiale.
Le taux de fission ou activité dans le détecteur est donné par la relation :
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